Harden en ontlaten zijn twee belangrijke warmtebehandelingsprocessen. Fabrikanten gebruiken deze methoden om metalen sterker en taaier te maken. Deze twee warmtebehandelingsmethoden verschillen echter van elkaar. Het is van cruciaal belang om de verschillen tussen het harden en het ontlaten van metalen te begrijpen.
Men gaat ervan uit dat deze twee methoden voor verschillende toepassingen of omstandigheden worden gebruikt. Dat is echter maar de halve waarheid – zowel het harden als het ontlaten zijn belangrijk voor elkaar. Metalen worden gehard en ontlaat om de gewenste eigenschappen te verkrijgen. In dit artikel zal ik de basisprincipes van zowel het harden als het ontlaten bespreken. Laten we dus maar beginnen.
Wat is het harden van metalen?
Harden is een warmtebehandeling die metalen een uitstekende sterkte en duurzaamheid verleent. Bij dit proces wordt het metaal gedurende een bepaalde tijd blootgesteld aan een zeer hoge temperatuur. Daarna wordt het verhitte metaal blootgesteld aan een zeer lage temperatuur (afkoelen). Door deze snelle afkoeling verandert de structuur van het metaal, waardoor het harder, sterker en brozer wordt.
Deze warmtebehandeling wordt op grote schaal toegepast bij de productie van diverse producten die aan zware belastingen of wrijving worden blootgesteld. Voorbeelden van dergelijke producten zijn frezen, messen, tandwielen en zelfs plaatwerkonderdelen voor de automobielindustrie. Vergeet niet dat harden een uitstekende manier is om de sterkte van metaal te vergroten door middel van verhitting en afkoeling. Het maakt het metaal echter ook brozer en vatbaarder voor breuken en scheuren.
Dit hardingsproces van metaal begint door het tot een zeer hoge temperatuur te verwarmen. Dit gebeurt doorgaans met behulp van een gas- of elektrische oven. Het metaal blijft gedurende een langere tijd aan hoge temperaturen blootgesteld. Op deze manier wordt de warmte gelijkmatig verdeeld en warmt het gehele stuk metaal gelijkmatig op. Na deze verwarming wordt het metaal uit de oven gehaald.
Het wordt echter onmiddellijk blootgesteld aan zeer lage temperaturen. Deze blootstelling van verhit metaal aan een zeer lage temperatuur wordt ‘afkoelen’ genoemd. Hierbij wordt gebruikgemaakt van water, lucht of olie om ervoor te zorgen dat het metaal snel afkoelt. Onthoud dat water metaal sneller afkoelt dan olie, maar dat er toch olie wordt gebruikt omdat dit ongewenste scheuren in het metaal voorkomt.
Deze blootstelling aan hoge of plotselinge lage temperaturen verandert de interne structuur van metalen. Door deze temperatuurverandering veranderen ze in martensiet. In dit stadium worden de metalen zeer hard en uiterst bros. Door deze brosheid is het metaal gevoelig voor breuken en scheuren. Dit proces alleen is echter onbetrouwbaar, omdat het het metaal erg bros maakt. Daarom wordt het gevolgd door een ontlaatbehandeling, die de door deze methode veroorzaakte broosheid vermindert.
Wat is het temperen van metalen?
Ontspannen is een ander warmtebehandelingsproces dat na het harden wordt uitgevoerd. Metaal dat tijdens het harden hard en broos wordt, wordt ontspannen. Deze warmtebehandeling vermindert de broosheid. Na het ontspannen wordt het metaal taaier en minder gevoelig voor scheuren en breuken. Bij het ontspannen is geen plotselinge verhitting en afkoeling (afschrikken) nodig.
Harden is een uitstekende methode om metaal hard te maken, maar het maakt het ook broos. Door deze broosheid is het metaal minder geschikt voor de vervaardiging van alledaagse producten. De reden hiervoor is dat het metaal bij dagelijks gebruik kan breken vanwege zijn broosheid en kwetsbaarheid. Daar komt ontlaten om de hoek kijken.
Het is de moeite waard om op te merken dat bij het ontlaten de metalen ook worden verwarmd, maar op een andere manier dan bij het harden. Bij het ontlaten wordt het metaal gedurende een langere periode blootgesteld aan lage temperaturen, rond de 150 graden Celsius. Op deze manier blijft het metaal blootgesteld aan een lage, constante temperatuur. Deze blootstelling aan constante warmte verbetert de interne structuur van het metaal. Vergeet niet dat deze methode ook vaak wordt toegepast bij metaalproductie om de prestaties van het materiaal te verbeteren.
Hierdoor wordt de martensietstructuur, die ontstaat door het harden, stabieler en fijner. Na een bepaalde tijd wordt het metaal uit de verwarmingsoven gehaald. Het wordt echter niet blootgesteld aan de zeer lage temperaturen die bij het harden worden gebruikt. In plaats daarvan wordt het metaal blootgesteld aan lucht, waardoor het langzaam afkoelt in plaats van onmiddellijk.
Deze langzame afkoeling van het metaal is handig, omdat hierdoor de interne spanning wordt verminderd. Hierna wordt het metaal taaier, sterker en minder broos. Ontspannen is een warmtebehandelingsmethode die altijd wordt toegepast nadat een materiaal is gehard. Met andere woorden: harden en ontspannen zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden. Na het ontspannen is het metaal geschikt voor het vervaardigen van alledaagse voorwerpen.
Het verschil tussen het harden en het ontlaten van metalen
Hoewel deze twee processen met elkaar verband houden, verschillen ze in veel opzichten van elkaar. Laten we eens dieper ingaan op de belangrijkste verschillen tussen het harden en het ontlaten van metaal.
1- Soort proces en verwarmingspatroon
Harden en ontlaten verschillen in hun verwarmingspatronen. Bij het harden wordt het metaal op een zeer hoge temperatuur warmtebehandeld. Deze temperatuur kan zelfs hoger liggen dan het kritische punt van het metaal. Na enige tijd wordt het metaal uit de verwarming gehaald en ondergaat het een plotselinge afkoeling. Deze plotselinge afkoeling bij lage temperatuur wordt 'blussen' genoemd en maakt deel uit van het hardingsproces. Bij het ontlaten wordt het metaal echter verwarmd tot een lage maar constante temperatuur van ongeveer 150 graden Celsius. Na een bepaalde tijd wordt het metaal aan de lucht blootgesteld, zodat het langzaam afkoelt. Bij het ontlaten vindt er geen afschrikken plaats (in tegenstelling tot het hardingsproces).
2- Gebruiksvriendelijkheid en doel
Zowel harden als ontlaten verschillen wat betreft hun toepasbaarheid en doelstellingen. Harden wordt gebruikt om het metaal zeer hard en bros te maken. Na dit proces is het metaal gevoeliger voor scheuren, maar ook zeer hard. Ontlaten wordt daarentegen toegepast wanneer de taaiheid van het metaal de belangrijkste eis is. Dit proces vermindert ook de broosheid, waardoor het metaal ideaal is voor praktische onderdelen en producten. Metaal kan niet worden gebruikt voor producten voor dagelijks gebruik als het alleen grondig is gehard en niet getemperd. De reden hiervoor is dat metaal dat alleen is gehard, broos is; onderdelen die ervan zijn gemaakt, zouden te zwak zijn.
3- Volgorde van de behandeling en koelmethode
De hardings- en onthardingsprocessen worden achtereenvolgens toegepast. Eerst wordt het metaal gehard. Dit proces maakt het metaal zowel hard als zeer broos. Dit is de eerste stap om metaal bruikbaar te maken voor alledaagse producten. Zodra het harden is voltooid, wordt een onthardingsproces uitgevoerd om het metaal taaier en minder broos te maken. Zonder ontharding blijft het metaal alleen maar hard en broos. Als het broos blijft, is het niet bestand tegen belasting.
4- Temperatuurbereik en invloed op de hardheid
Het temperatuurbereik is een andere belangrijke factor die deze processen van elkaar onderscheidt. Bij het hardingsproces wordt het metaal tot een zeer hoge temperatuur (boven het kritieke punt) verhit. Bovendien zorgt dit proces ervoor dat het metaal zeer hard wordt. Het ontlaten daarentegen houdt in dat het metaal tot lage temperaturen, rond de 150 graden Celsius, wordt verwarmd. Deze lagere temperatuur stabiliseert de martensietstructuur. Bovendien vermindert dit proces de broosheid en hardheid van metalen en zorgt het voor taaiheid.
5- Interne spanning en taaiheid
Het is bekend dat het hardingsproces interne spanning in metalen veroorzaakt. Waarom? De reden hiervoor is dat bij warmtebehandeling sprake is van afschrikken. Bij het afschrikken wordt een metaal van een hoge temperatuur naar een lage temperatuur afgekoeld. Hierdoor wordt het metaal blootgesteld aan twee verschillende temperaturen. Inwendig is de temperatuur laag, maar het buitenoppervlak van het metaal koelt snel af. Dit veroorzaakt interne spanning, waardoor de taaiheid van het metaal afneemt. Bij het ontlaten daarentegen vindt geen afschrikken plaats. In dit proces wordt het metaal langzaam en gelijkmatig afgekoeld, waardoor er geen interne spanning ontstaat. Dit verhoogt de taaiheid van het metaal, waardoor het sterker wordt.
6- Broosheid en risico op scheurvorming
Metaal dat alleen is gehard, is erg broos en gevoelig voor scheuren. De reden hiervoor is dat harden interne spanningen in metalen veroorzaakt. Hierdoor wordt het metaal instabiel en zeer broos. Wanneer dergelijke broze metalen onder spanning staan of worden blootgesteld aan plotselinge schokken, scheuren ze snel. Het temperen daarentegen veroorzaakt geen interne spanningen. Het metaal dat getemperd is, vertoont dus geen brosheid. Dit zorgt ervoor dat het metaal niet barst en stabiel blijft, zelfs wanneer het wordt blootgesteld aan zware krachten of spanningen.
7- Praktische bruikbaarheid en toepassingen
Zoals hierboven besproken, zorgt het harden ervoor dat het metaal erg hard en broos wordt. Dergelijke metalen zijn alleen geschikt voor het vervaardigen van hard gereedschap, zoals matrijzen, tandwielen, boren, frezen, enzovoort. Vanwege zijn broosheid is dit metaal echter niet geschikt voor het vervaardigen van alledaagse voorwerpen. Daarom wordt het ontlaten toegepast, omdat dit het metaal taaier en duurzamer maakt.
Na het ontlaten is metaal uitermate geschikt voor de vervaardiging van een breed scala aan producten. Idealiter moet het metaal beide warmtebehandelingen ondergaan om taai, duurzaam en slijtvast te worden. Ik raad je aan geen metaal te gebruiken dat alleen is gehard. Hieronder vind je een tabel waarin de toepassingen van het hardings- en ontlaatproces worden vergeleken:
| Toepassingen voor het harden | Toepassingen van het temperen |
| Snijgereedschap (boren, frezen) | Verengels |
| Mesranden en mesbladen | Tandwielen |
| Matrijzen en vormen | Assen |
| Slijtvaste oppervlakken | Auto-onderdelen |
| Lagers (oppervlakteharding) | Constructieonderdelen |
Voor- en nadelen van harden en ontlaten
Vergeet niet dat hardings- en ontlaatprocessen unieke voordelen bieden. In het onderstaande gedeelte vindt u de verschillende voor- en nadelen van deze warmtebehandelingsprocessen.
Voor- en nadelen van de hardingsmethode
| Voordelen | Nadelen |
| Verhoogt de hardheid en sterkte | Hoge broosheid |
| Verbetert de slijtvastheid | Risico op barsten |
| Betere snijprestaties | Lage taaiheid |
| Geschikt voor intensief gebruik | Moet daarna worden getemperd |
Voor- en nadelen van de tempermethode
| Voordelen | Nadelen |
| Vermindert broosheid | Lichte afname van de hardheid |
| Verbetert de taaiheid | Vereist een extra stap |
| Verlicht innerlijke spanning | Temperatuurregeling vereist |
| Verhoogt de duurzaamheid | Verhoogt de tijd en kosten |
Veelgestelde vragen
Waarom wordt het temperen na het harden uitgevoerd?
Na het harden wordt het metaal getemperd om interne spanningen en broosheid te verminderen. Dit verbetert ook de taaiheid en sterkte van het metaal wanneer het na het harden wordt gebruikt.
Kan metaal na het harden worden gebruikt zonder het te ontlaten?
Ja. Metaal kan na het harden worden gebruikt voor de vervaardiging van diverse gereedschappen, zoals boren, snijmatrijzen en gietvormen. Fabrikanten geven echter doorgaans de voorkeur aan metaal dat zowel is gehard als getemperd. Dit zorgt ervoor dat het metaal een uitstekende taaiheid heeft en minder broos is.
Conclusie
Veel mensen raken in de war over het verschil tussen harden en ontlaten. Onthoud dat beide warmtebehandelingsmethoden belangrijk zijn om metalen bruikbaar te maken. Door harden wordt het metaal broos en hard, terwijl ontlaten het tegenovergestelde bewerkstelligt. Ontspannen vermindert ook de interne spanning en verbetert de taaiheid van de metalen. Het is goed om te weten dat harden altijd als eerste wordt uitgevoerd. Daarna wordt het metaal hard en ondergaat het een ontspanningsbehandeling om de broosheid te verminderen. In dit artikel heb ik alles besproken over zowel harden als ontspannen. Onthoud dat deze twee methoden onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn en van elkaar afhankelijk zijn.